以概念發(fā)展史為主線的高中化學概念教學實踐研究

摘 要：科學概念是化學學習中的重要部分，而它的抽象和晦澀使得概念教學一直是個難題。本文以2019版蘇教版必修《第一冊》中“電解質(zhì)”教學為例，嘗試以概念發(fā)展史為主線，在“教、學、評”一致性理念指導下，構(gòu)建以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為目標的概念教學模式，試圖實現(xiàn)概念教學由“知識本位”向“素養(yǎng)為本”的轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：“教、學、評”一致性;概念發(fā)展史;科學概念;電解質(zhì)

注重“教、學、評”一致性能提高課堂教學的有效性，促進目標達成度的實現(xiàn)。我國著名的物理化學家傅鷹曾提出“化學教育給學生以知識，化學史教育給學生以智慧”[1]。概念發(fā)展歷程與學生認知過程存在一定的相似性，如何結(jié)合概念發(fā)展史，有效使用發(fā)展史上的“困惑”和“解惑”，合理設(shè)計教學與評價目標，在課堂中有效實施“教、學、評”一致性，促進學生對概念本質(zhì)和科學發(fā)展規(guī)律的認知，是一個值得深入研究的課題。本文以蘇教版《必修1》中“電解質(zhì)”教學為例，基于“教、學、評”一致性視角，探討以概念發(fā)展史為主線的化學概念教學相關(guān)問題，并提出相應的教學反思與建議。

一、問題的提出

一些概念單從字面理解，會出現(xiàn)干擾。如電解質(zhì)，學生常常與“電”聯(lián)系在一起，書寫電離方程式時常常加上“通電”的條件。目前教材中對電解質(zhì)的定義為：在水溶液里或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锝凶麟娊赓|(zhì)。而電解質(zhì)概念的認識過程，通常也是通過導電的現(xiàn)象來證明電解質(zhì)在溶液中發(fā)生了電離，這使得學生在初次接觸“電解質(zhì)及其電離”就會有一些混淆的地方。而“電解質(zhì)”的起源確實與“電”有著很大的關(guān)聯(lián)。只是隨著科學的發(fā)展，與最初的含義有了變化[2]?！半娊赓|(zhì)”電離的研究，開始于法拉第時代，法拉第用銅幣、鎳幣和浸過食鹽水的濕紙做成電堆，把從電堆兩極引出的導線插入澄清的硫酸鎂溶液中，他發(fā)現(xiàn)不僅溶液能導電，2個導線上有大量氣泡產(chǎn)生，隨后溶液變渾濁，他把這種電流能使化合物分解的現(xiàn)象稱為電解，像硫酸鎂這樣通電可能分解的物質(zhì)稱為電解質(zhì)[3]。隨著科學家的進一步研究，阿累尼烏斯通過研究發(fā)現(xiàn)：“電解質(zhì)”在通電前就已經(jīng)在水溶液中發(fā)生了離解，電離并不需要電流[4]。但是由于歷史的原因，“電解質(zhì)”這個名字卻保留了下來。如果學生了解“電解質(zhì)”發(fā)展史，則字面的誤解也將隨之解開，同時也體會了科學研究是一個發(fā)現(xiàn)、驗證、修繕的過程。

科學家在研究過程中會存在“誤區(qū)”，往往也是老師和學生可能存在的“誤區(qū)”，而“誤區(qū)”的存在往往又是教學中學生思維提升的有力抓手。同時，教學中有效呈現(xiàn)概念歷史發(fā)展歷程，能讓學生充分認識概念的本質(zhì)來源與意義，能自我消化一些字面干擾，同時能有效地引導學生對同類事物的共性進行抽象和概括，更發(fā)展了學生探索未知的能力，培養(yǎng)了學科素養(yǎng)。

二、“教、學、評”一致性的概念教學與評價模型

通過查閱文獻，科學概念發(fā)展史可歸納為五大部分，即概念的起源、概念的新發(fā)現(xiàn)、新發(fā)現(xiàn)的探索、新概念的構(gòu)建，以及概念的價值?！敖?、學、評”一致性理念總體體現(xiàn)以下三點：（一）如何計劃和傳遞教學內(nèi)容;（二）怎樣根據(jù)內(nèi)容特點設(shè)計評價標準;（三）怎樣確保教學目標、教學與評價三者一致。結(jié)合概念發(fā)展史五大部分及學生思維構(gòu)建一般規(guī)律，以“教、學、評”一致性理念為指導，筆者初步設(shè)計了以概念發(fā)展史為主線的教學與評價模型，如表1所示。

三、“教、學、評”一致性的概念教學與評價思路的實施與應用

（一）制訂教學目標與評價目標

科學合理的目標是進行“教、學、評”一致性概念教學的前提和保障[5]?！半娊赓|(zhì)及其電離”是貫穿初高中化學的重要知識，是理解酸、堿、鹽歸類的本質(zhì)及其在溶液中的行為的重要基礎(chǔ)，也是發(fā)展學生宏觀辨識與微觀探析的認知起點。電解質(zhì)的教學在高中分成兩個階段，深度和廣度呈現(xiàn)螺旋式上升。

結(jié)合基本學情，對于必修階段制訂的教學與評價目標為：

1.通過化學史中科學研究觀點的爭端，以此引發(fā)學生思考、探究，診斷并發(fā)展學生質(zhì)疑精神，以及探索未知、崇尚真理的意識。

2.通過實驗展示、史料證明，以及微觀動畫模擬，從宏微觀角度了解電離過程，落實宏微觀相結(jié)合的學科思維，診斷并發(fā)展學生宏微觀結(jié)合的認知水平和證據(jù)推理及模型構(gòu)建的能力。

3.從生產(chǎn)、生活相關(guān)問題聯(lián)系“電解質(zhì)”的應用，體會概念的價值，診斷并發(fā)展學生科學精神與社會責任感，以及對學科價值的認同感。

（二）確定教學思路

結(jié)合教學與評價目標，以“電解質(zhì)”概念發(fā)展史為主線的“教、學、評”一致性教學思路為：

環(huán)節(jié)一：介紹“電解質(zhì)”由來（任務1：閱讀化學史了解“電解質(zhì)”的由來。）

環(huán)節(jié)二：引入電離理論爭端（任務2：思考離子的產(chǎn)生是否需要電。）

環(huán)節(jié)三：探究“電解質(zhì)”電離本質(zhì)（任務3：通過實驗、史料及動畫模擬探究電離本質(zhì)。）

環(huán)節(jié)四：構(gòu)建“電解質(zhì)”模型（任務4：整理概括，提煉“電解質(zhì)”概念，構(gòu)建“電解質(zhì)”模型。）

環(huán)節(jié)五：體會“電解質(zhì)”社會價值（任務5：回答“電解質(zhì)”有關(guān)問題，體會“電解質(zhì)”社會價值。）

四、重要教學片段展示

環(huán)節(jié)三：探究電離原理及“電解質(zhì)”本質(zhì)

【學習任務1】：探究“電解質(zhì)”電離的自發(fā)性。

【評價任務1】：診斷并發(fā)展問題解決分析的能力及敢于質(zhì)疑、不斷思索的意識。

【實驗展示】：鋅與鹽酸反應、鋅與稀硫酸反應均產(chǎn)生氫氣。

【提出問題】：結(jié)合酸的定義及實驗現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？

【學生】：酸溶液中都有H+。

【明確結(jié)論】：因此，大家認為離子的解離需不需要電流？

【學生】：溶液中離子的解離不需要電流。

【資料展示】：當時由于法拉第的權(quán)威，拉烏爾無法撼動他的觀點，直到科學家阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius）得到實驗結(jié)論：“純水不導電，氯化鈉固體不導電，而鹽水就可導電”，之后他公開提出了電離學說，最終在奧斯特瓦爾德和范霍夫的支持與幫助下，結(jié)束了電離理論的爭端，也因此獲得諾貝爾化學獎。

【總結(jié)分析】：離子在水溶液中的解離過程也被稱作電離，為什么不需要“電”，名稱中都帶著“電”呢，其實是電離理論的發(fā)展離不開電化學的發(fā)展。

【情感提升】：我們意識到科學研究是一個不斷發(fā)展的過程，而這個發(fā)展的動力就是源于科學家們不懈的思考，希望通過今天的學習，能激起大家投入科學事業(yè)，創(chuàng)造新的方法和理論的激情，將來為科學事業(yè)盡一分力量。

【學習任務2】：探究電解質(zhì)電離的能源來源。

【評價任務2】：診斷并發(fā)展宏觀認識與微觀辨析，以及證據(jù)推理的能力。

【提問】：請大家再閱讀科學家阿倫尼烏斯的實驗結(jié)論和觀點，思考NaCl電離出Na+和Cl-的能源來自哪里？

【學生】：是不是水分子使NaCl電離出Na+和Cl-。

【動畫展示】：氯化鈉溶解及電離的動畫。

【學生】：觀看。

【微觀分析】：Na+和Cl-之間存在靜電作用，固態(tài)時由于該作用力，彼此穩(wěn)定存在，也無法移動，因此大家知道固態(tài)NaCl不導電。而溶于水的過程，在H2O分子的作用下，破壞了兩者間的作用力，并且Na+和Cl-與水分子之間形成新的作用力，同時也“自由”了，因此NaCl溶液可以導電了，當然這個過程涉及了微粒間作用力的破壞與生存，其實涉及了能量的消耗與釋放。

【提出問題】：再請大家思考，鹽酸中的HCl在水中產(chǎn)生H+和Cl-的能量來源于哪里？

【學生】：思考。

【圖片展示】：HCl在水中的電離示意圖。

【學生】：觀看討論。

【總結(jié)分析】：盡管氯化氫本身不存在離子，進入水中時，在水分子的作用下，電離出了H+和Cl-。

【知識提升】：水中其實也存在電離，水中有微量的H+與OH-共存。

【動畫展示】：H2O的電離過程。

【學生】：觀看。

【知識補充】：上述過程涉及了水合離子，在我們的學習過程中，為了簡便，都簡化為了簡單離子，如H3O+簡化為了H+。

【提問】：請大家解釋葡萄糖、乙醇等水溶液為什么不導電？

【學生】：他們不能在水分子的作用下電離出離子。

【總結(jié)分析】：大家可以從微觀的角度理解電解質(zhì)在水溶液中的電離原理。在初學階段，大家可以根據(jù)物質(zhì)在水溶液中是否能電離進行歸類總結(jié)，如：酸、堿、鹽、水可以電離，大多數(shù)有機物不行。

【學習任務3】：完善電解質(zhì)概念。

【評價任務3】：診斷并發(fā)展宏微觀相關(guān)聯(lián)的認知能力及相關(guān)知識的認知水平。

【資料展示】：1913年，英國物理學家威廉·亨利·布拉格（William Lawrence Bragg）利用X射線衍射法測定氯化鈉和氯化鉀的晶體結(jié)構(gòu)，證實了像氯化鈉這樣的鹽類化合物是由離子構(gòu)成的。而在19世紀初，科學家戴維（Davy）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熔融的鹽和堿是很好的導體。

【學生】：閱讀資料。

【提問】：除了水溶液，還有什么狀態(tài)物質(zhì)可能導電？

【學生】：熔融狀態(tài)。

【圖片展示】：氯化鈉晶胞結(jié)構(gòu)。

【視頻展示】：熔融態(tài)氯化鈉導電視頻。

【追加問題】：為什么熔融態(tài)的NaCl可以導電了？

【學生】：加熱破壞了離子之間的作用力，產(chǎn)生了自由移動的離子。

【原理分析】：加熱至熔融態(tài)，破壞了Na+與Cl-之間的作用力，使離子“自由”了，也就是NaCl發(fā)生了電離，產(chǎn)生自由移動的離子，從而可以導電，電離的能源來源于外界的加熱。

【知識補充】：加熱只能使本身由離子構(gòu)成的物質(zhì)電離出自由移動的離子，加熱不能使像HCl這樣由分子構(gòu)成的物質(zhì)或原子構(gòu)成的物質(zhì)產(chǎn)生離子。

五、教學實踐反思

結(jié)合課堂的實施與反饋，基于“教、學、評”一致性視角，以概念發(fā)展史為主線的概念教學，相較于傳統(tǒng)的教學，有以下優(yōu)點：

（一）提升了學習興趣

傳統(tǒng)“電解質(zhì)”教學往往在“水溶液”“熔融狀態(tài)”“是否本身電離”等角度進行大量習題的訓練，打擊學習積極性和興趣。而發(fā)展史的呈現(xiàn)，有敘述、有懸疑、有探索、有總結(jié)，更加注重了思維，減弱了記憶的成分。

（二）減少了“迷思概念”的困擾

“迷思概念”是指個人結(jié)合原有知識體系對現(xiàn)有知識產(chǎn)生的偏差理解，如通過“電解質(zhì)”概念的理解得出“電解質(zhì)”的電離需要通電等。以概念發(fā)展史為主線的教學，老師先明確了“迷思概念”可能產(chǎn)生的緣由，就能在教學方向上把控“迷思概念”的產(chǎn)生。

（三）開拓了學生的視野與思維

概念發(fā)展史是科學研究多方面結(jié)合發(fā)展的縮影，也是多學科知識與技術(shù)的融合體。以概念發(fā)展史為載體的概念學習，不僅可以掌握概念本身所體現(xiàn)的內(nèi)容，同時也獲得了其他相關(guān)知識的普及，為培養(yǎng)綜合型人才奠定基礎(chǔ)。

當然，應注意以下三個方面：

1.發(fā)展史的呈現(xiàn)要符合學生認知

概念的發(fā)展是一個復雜又邏輯嚴謹?shù)倪^程，涉及的理論及研究是多方面的，而學生的認知水平是有限的。如“電解質(zhì)”概念，它是依附在電離理論發(fā)展的基礎(chǔ)上而發(fā)展的，而電離理論研究過程中涉及的一些實驗與結(jié)論是學生目前無法理解的，因此，需要對發(fā)展史進行有效整理和提煉，使其符合學生認知，才真正發(fā)揮概念發(fā)展史的證據(jù)推理作用。

2.任務的設(shè)定要能落實學科素養(yǎng)的培養(yǎng)

概念發(fā)展是一個不斷完善的過程，過程中的爭端往往是可以設(shè)定為學習任務，在設(shè)定任務時應設(shè)定為“你的看法是什么”“如何證明你的觀點”等可持續(xù)探究問題，而如果設(shè)定為“請大家從發(fā)展史中尋找答案”的環(huán)節(jié)，就失去了科學探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認知，以及宏觀辨識與微觀探析等學科核心素養(yǎng)的落實機會。

3.評價的設(shè)計要把握教學的方向和難度

課堂教學的評價是結(jié)合在教學過程中的形成性評價、表現(xiàn)性評價，是為學習目標的達成服務的[6]。當然，評價也是為教學的有效推進而服務的。教學評價的設(shè)計把握了教學的方向和難度，如本文“探究電解質(zhì)電離的能源來源”環(huán)節(jié)，在理解電離能源來源的同時，培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的能力，而學生對微觀結(jié)構(gòu)的學習缺乏基礎(chǔ)，因此，教學中首先呈現(xiàn)易于理解的氯化鈉的電離，其次呈現(xiàn)氯化氫的電離，最后是水的電離，結(jié)合了學生的反饋進行教學遞進設(shè)計。

參考文獻

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[4]吳棋.化學教育，2002，23（4）：47-48.

[5]陳新華.“教、學、評”一致性的實驗綜合題講解[J].中學化學教學參考，2019（12）：46-50.

作者簡介：余玲莉（1987— ），女，漢族，福建南平人，福建省漳州第一中學，一級教師，學士學位。研究方向：高中化學教學。

本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度課題《“教、學、評”一致性促進高中化學概念深度學習的實踐研究》（主持人：陳新華; 立項批準號：FJJKXB20-1174）階段研究成果。

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